Brzinsko pamćenje Tony Buzan. Šta utiče na brzinu RAM-a

Svi vole zanimljive inovacije, ali se ne pojavljuju onoliko često koliko bismo željeli. novi tip Intel® Optane™ diskovi su rijedak slučaj. Reći ćemo vam šta je to, zašto se pojavio i zašto bolje stoji Ukupno.

Malo pozadine

Intel Corporation je poznat kao vodeći proizvođač procesora za računare i servere. Međutim, ne sjećaju se svi da povijest kompanije nije započela legendarnim Intel 4004 mikroprocesorom: prvi proizvod je bila memorija kapaciteta samo 64 bita - točno 64 vrijednosti (nula ili jedinica) biti pohranjen u njemu. Bilo je to davne 1968.

Intel 4004 mikroprocesor, objavljen 1971

Postoje dvije vrste uređaja za pohranu koji se trenutno koriste za pohranu: HDD ili SSD. Prvi su spori, prilično bučni zbog mehaničkog dizajna, ali su prostrani, izdržljivi i vrlo pristupačni. Drugi su skupi, znatno manjeg kapaciteta, apsolutno tihi, brzi, ali u isto vrijeme imaju dovoljno ograničena količina prepisati cikluse.

Istinski brzi i kapacitetni SSD-ovi pojavili su se relativno nedavno - u drugoj polovini 2000-ih, a postali su traženi među širokom publikom tek početkom 2010-ih, kada su njihove cijene postupno padale. Do ove tačke, učinjena su najmanje tri pokušaja da se pronađe rješenje kako bi spori HDD-ovi radili brže.

Tri pokušaja da se ubrza HDD

2008. godine pojavila se ReadyDrive tehnologija. Microsoft je ponudio Windows korisnici Vista ubacuje običan USB fleš disk u jedan od USB portova vašeg računara tako da ga sistem može koristiti kao softversku keš memoriju ili, drugim rečima, da ubrza rad diska.

Rješenje se činilo zanimljivim, ali nije steklo popularnost iz nekoliko razloga: u to vrijeme, fleš diskovi su bili mnogo sporiji, ograničena propusnost USB 2.0 ometala je i korištenje ReadyDrive-a u prenosivi uređaji ispalo je jednostavno neprijatno.

Nešto kasnije pojavilo se rješenje kreirano za iste svrhe. od strane Intel- Turbo memorija. Mali NAND memorijski modul (zapravo veoma "mali" SSD od 512 MB do 2 GB) bio je povezan na matičnu ploču preko mini-PCIe interfejsa i takođe je korišćen kao keš memorija. Ovdje su prebačeni najtraženiji fajlovi.

Turbo memoriju se moglo naći češće od ReadyBoost fleš diskova, ali tehnologija također nije "pucala" - povećanje brzine se pokazalo skromnim.

SSD i hibridni HDD

Treći pokušaj ubrzanja HDD-a dogodio se u vrijeme pojave prvih ultrabookova, pošto su zahtjevi za ovu klasu uređaja jasno formalizirani (i opet od strane Intela). Jedna od njih je bila potreba da se postigne određeni broj poena na testu za brzinu ugrađenog drajva. Proizvođači su morali izabrati vrlo skupe SSD-ove u to vrijeme ili ih popularizirati hibridni pogoni- HDD sa ugrađenom fleš memorijom od 8, 16 ili 32 GB.

Posljednji pokušaj bi se mogao nazvati uspješnim, ali s vremenom hibridni pogoni napustio tržište. SSD-ovi od 128 GB i 256 GB su dovoljno pojeftinili da bi se mogli zamijeniti.

Ako je problem sa brzinom riješen manje-više uspješno, onda je problem volumena ostao. izaberite danas pristupačan laptop- pravi bol. Morate se zaustaviti na opciji sa prostranim, ali sporim HDD-om ili kupiti skuplju modifikaciju brzi SSD za 128 GB.

Slična je situacija i kod sastavljanja budžeta kućni računar: glavni dio podataka obično se pohranjuje na HDD, a sistem se snima na proračunski SSD, čiji je kapacitet, u pravilu, ograničen na istih 128 GB. Ovo mjesto je dovoljno za sistem i par ozbiljnih utakmica, ali ne više. Tu na scenu stupa Intel Optane.

Evolucija metoda skladištenja informacija preko 25 godina

Šta je Optane: kratko i jasno

Optane je porodica drajvova zasnovana na 3D X-Point™ tehnologiji. Ovo nije NAND, koji se koristi u SSD-u, a ne DRAM, koji se koristi u ram memorija, ali nešto sasvim drugo.

3D X-Point je kreiran u bliskom partnerstvu sa Intelom i Micronom. Detalji o principima nove vrste memorije čuvaju se u tajnosti - na kraju krajeva, poslovna tajna. Entuzijasti i stručnjaci sugeriraju da je metoda faznog prijelaza osnova, ali službene potvrde još nema.

Međutim, sve prednosti 3D X-Pointa u odnosu na druge vrste memorije pažljivo su izmjerene i dokumentovane. Evo liste najvažnijih:

U proseku, 3D X-Point je 1000 puta brži od NAND memorije u SSD diskovima;

Otprilike 1000 puta izdržljiviji od SSD-a, što eliminiše problem ograničavanja broja ciklusa pisanja;

Nešto sporiji od DRAM-a, na osnovu kojeg se gradi RAM, ali istovremeno znatno jeftiniji;

Radi s podacima na nivou jedne ćelije, za razliku od SSD-a koji pristupa cijelim stranicama prilikom pisanja, a radi sa blokovima prilikom brisanja. Ovo poboljšava IOPS, eliminiše potrebu za brisanjem starih podataka prije pisanja novih podataka i smanjuje kašnjenje pristupa.

Čini se da je ovdje, idealna zamjena za SSD, ali postoji jedno upozorenje. Izrada memorije zasnovana na 3D X-Pointu je još uvijek prilično skupa. Dakle, kapacitet Intel uređaji Optane je manji, ali to ne sprečava da se sada efikasno koriste.

Optane memorija i Optane SSD

Optane SSD server rješenje je PCIe 3.0 memorijska kartica sa 375 GB prostora za pohranu. Najpouzdaniji serverski SSD-ovi mogu se potpuno prepisati ne više od 10-17 puta dnevno kako bi se osigurao njihov rad pet godina. Optane SSD može se prepisati 30 puta dnevno za isti period upotrebe.

Njegova druga prednost je stabilna brzina čitanja i pisanja: u 99,99999% slučajeva korisnik će dobiti isti rezultat, dok je za SSD ova brojka na nivou od 95%. Za mnoge kritične upite to nije dovoljno.

S obzirom na odsustvo problema s brojem ciklusa ponovnog pisanja i vrlo velika brzina, Optane SSD se može kombinovati u jedan niz sa serverskom RAM memorijom. Idealna je opcija za današnje zahtjevne zadatke vezane za mašinsko učenje, prepoznavanje obrazaca, neuronske mreže, itd.

Optane Memorija za desktop i laptop računari je M.2 ploča sa 16 ili 32 GB interne memorije, dizajnirana posebno da ubrza performanse računara sa HDD diskovima. Odnosno, za one slučajeve kada korisnik ne može ili ne želi kupiti skupi i prostran SSD od 512 ili više gigabajta.

Optane Memory radi potpuno po istom principu o kojem smo pisali na početku materijala: memorija djeluje kao keš memorija koja pohranjuje datoteke koje sistem često koristi. Tek sada ova keš memorija radi fantastičnom brzinom, a kontrolišu je inteligentni algoritmi, koji često ne rade čak ni s cijelim datotekama, već s odvojenim grupama datoteka za obavljanje određenog zadatka.

Možda se čini da 16 ili 32 GB nije mnogo, ali za keširanje kancelarijski programi Optane memoriji je potrebno nekoliko stotina megabajta, a za zahtjevne igre bit će dovoljno i nekoliko gigabajta.

Proces postavljanja je potpuno automatiziran: korisnik treba ažurirati intel drajver Rapid do verzije 15.5, povežite Optane Memory na sistemska ploča, pritisnite dugme "Omogući" i sačekajte 5-7 minuta dok se mašina ponovo ne pokrene, a sistem će preneti sve najpotrebnije sa HDD-a na Optane, kombinujući obe komponente u jedan prostor za skladištenje podataka.

Za punopravan rad sa Optane memorijom, važno je da je matična ploča izgrađena na čipsetima serije 200 ili 300, a da je procesor Core™ i3, i5 i i7 ili stariji od 7. generacije ( ). Ako korisnik ima stariji procesor i M.2 matičnu ploču, onda će Optane Memory biti otkrivena kao zaseban disk.

Čemu služi Optane memorija i zašto je bolja od 128-256 GB SSD-a

S obzirom na prednosti, pojavljuju se dva ključna slučaja upotrebe za Intel Optane Memory. Prije svega, ovo savršeno rješenje za poboljšanje performansi laptopa. Umjesto SSD-a malog kapaciteta, možete kupiti laptop sa terabajtnim HDD-om i ubrzati ga pomoću Optanea kupljenog za novac koji ste uštedjeli.

Verovatno će i sami proizvođači laptopa usvojiti takvu šemu, jer Optane memorija kapaciteta 16 GB košta između 3-3,5 hiljada rubalja, a cene za verziju od 32 GB variraju između 5 i 5,5 hiljada. Ovo je uporedivo sa cijenom najbudžetnijih SSD-ova za 120-128 i 240-256 GB.

Druga opcija je korištenje Optane memorije u budžetu kompjuteri za igre. osmo Intel generacija Core vam već u potpunosti omogućava da otkrijete mogućnosti moćnih video kartica sa Help Core i3-8100: sada ima četiri jezgra, umjesto dvije, plus visoku brzinu takta od 3,6 GHz.

Ako uštedite na kupovini velikog SSD-a, onda možete kupiti video karticu više klase, a to je u sprezi sa dobar procesor- najvažnija stvar u PC-u za igre. Istovremeno, i vi želite brzo učitavanje, i tu se nameće ideja da uzmete budžetski SSD od 128 GB, ali će ga Optane, čak i sa 16 GB memorije, uspješno zamijeniti.

Korisnik ne mora svaki put razmišljati na koje dvije ili tri igre da pohrani brzo skladištenje, a koji - na sporom HDD-u. Sa Optane-om će imati jedan niz i sve će biti brzo.

Ako uporedimo brzinu Optane memorije čak i sa skupi SSD, onda nova memorija Intel at kućnu upotrebu pokazaće bolje rezultate. A ne u bezdušnim testovima performansi koji učitavaju diskove kompletan program ali u realnim scenarijima.

Na primjer, benčmark kreira za SSD test veoma dugačak red zadataka za izvršenje, čime se učitava do maksimuma. AT pravi zivot malo je vjerovatno da će korisnik smisliti više od tri istovremena zadatka za pogon. Za SSD jeste značajna razlika: ako sa skupom od 32 instrukcije u redu radi na svom maksimalnom kapacitetu, onda kada se radi s jednom instrukcijom, njegova izvedba značajno opada.

Optane Memory nema takvu funkciju: drajv dostiže vrhunac svojih performansi tek počevši od 1-3 instrukcije. Postoji i druga strana medalje: šta manje memorije u SSD-u, radi sporije. Solid State Drives sa kapacitetom od 0,5-1 TB zaista se može nazvati velikom brzinom, ali verzije za 128 i 256 GB, nažalost, nisu. Što je manje memorije, to je manje dostupnih kanala SSD kontroler. To je kao da tražite od dvojice mišićavih muškaraca da iskopaju rupu umjesto njih osam.

Dalje - samo još zanimljivije. Verzije Optane Memory od 64 GB i 128 GB dolaze uskoro, a Intel Rapid drajver će biti ažuriran na verziju 16. U njemu će napredni korisnici moći samostalno birati koje informacije će keširati u memoriju brzog diska.

Intel također planira izdati potrošačku verziju Optane SSD-a, smanjujući cijenu proizvoda eliminacijom brojnih serverske tehnologije, koji obični korisnici na ništa. A ako pogledate dalje u budućnost, onda korporacija planira izdati treću komponentu u Optane porodici - RAM za servere bazirane na 3D X-Point.

Većina korisnika zamišlja šta utiče na brzinu RAM-a. On je odgovoran za prijenos podataka, a što je ova komponenta moćnija, brže će se pokretati aplikacije, posebno igre. Ako to nije dovoljno, svim procesima, programima će trebati dosta vremena da se učitaju, ili se čak sruše, sve do neplaniranog ponovnog pokretanja OS-a, što će izazvati istinsku iritaciju kod korisnika.

Princip rada i glavne karakteristike RAM-a

1. Memorija

RAM je mikrokolo u kojem nema autonomnog napajanja. Drugim riječima, ako se računar isključi, tada se brišu sve informacije pohranjene u RAM-u. Interakcija RAM-a sa procesorom vrši se kroz keš memoriju ili memoriju nultog nivoa.

Brzina RAM-a ovisi o nekoliko parametara, među kojima se može razlikovati tip, kao i frekvencija. Istovremeno, najviše važan indikator je volumen. Za moderne računare, minimalni prag bi trebao biti 2 gigabajta. To je zbog činjenice da od Windows verzije Vista, operativni sistem zauzima 1 GB za svoje potrebe, te je shodno tome za potpuni rad aplikacija potrebno imati barem istu veličinu. Naravno, nalazi se manji volumen (iako takvih traka više nema u trgovinama), ali ovi računari su već beznadežno zastarjeli i gotovo ih je nemoguće instalirati na njih, kao i programe koji zahtijevaju velike resurse.

Većina najbolja opcija na ovog trenutka za proračunski računarće instalirati 4 gigabajta RAM-a. Ovo će osigurati normalan i brz rad na internetu, omogućit će gledanje video zapisa različitog kvaliteta i instalaciju moderne igre koristeći srednje postavke (iako video zapisi i igre i dalje zavise od ).

Za naprednije korisnike koji rade sa grafikom ili uređuju zvuk video tokovi, potrebna vam je količina RAM-a koja bi trebala biti od 8 do 16 GB, pri čemu ne treba zaboraviti da je u ovom slučaju dobar grafička kartica sa GDDR5 čipsetom i koji će imati najmanje 4 GB RAM-a. Prilikom instaliranja veće količine RAM-a, na primjer 32 GB, možete zaboraviti na instaliranje dodatnih nosača u slobodne utore za njega (ako ih ima) nekoliko godina.

Napomena: kada instalirate više RAM-a, ne treba misliti da će računar nakon toga letjeti, jer brzina ovisi o procesoru i drugim komponentama. Osim toga, ne zaboravite da su 32-bitne verzije operativni sistemi može koristiti samo 3,2 GB RAM-a, ostatak će biti neaktivan.

1. RAM tip

Brzina prijenosa podataka također ovisi o ovom parametru. U savremenim računarima tip DDR se više nigde ne koristi, već samo sa indeksima 2,3 ili 4. O tome svakako treba voditi računa ukoliko se korisnik odluči za kupovinu i ugradnju dodatne šipke u slobodan slot, jer iako su iste po dužini i širini, na spoju je postavljen prorez sa maticom na kojoj se nalazi razne udaljenosti(pogledajte snimak ekrana), pa se stoga ne može instalirati.

Vrijedi napomenuti da se DDR 2 već rijetko može naći i da je trenutno instaliran gotovo svuda DDR tip 3. Najsavremeniji tip operativnog DDR memorija 4 je izuzetno rijedak, uglavnom na onim računarima koji su kupljeni ili nadograđeni relativno nedavno. A ako uzmemo u obzir činjenicu da je sve matične ploče koji podržavaju DDR 4 mogu se instalirati samo Intel procesori, koji su uveliko skuplji od AMD-a, to utiče i na popularizaciju modernog tipa memorije. Iako se sa sigurnošću može reći da će se s DDR 4 efikasnost povećati za 1,5-2 puta.

1. Frekvencija

Ova postavka je također direktno povezana sa . Što je viša frekvencija, to je brža razmjena podataka. Među navedenim tipovima RAM-a više nema takvih traka u kojima bi frekvencija bila niža od 1600 MHz, međutim, ova vrijednost je najnoviji modeli može doseći 3200 MHz.

Opet, ako je vlasnik računara odlučio kupiti RAM i instalirati ga u dodatni slot, trebao bi razmotriti sljedeće:

• frekvencija nove šipke mora biti identična onoj koja je već instalirana, inače neće moći raditi paralelno;
• preporučljivo je instalirati RAM od istog proizvođača, jer postoje situacije kada se neke trake iste frekvencije, ali različite marke mogu se međusobno sukobiti i računar se jednostavno neće pokrenuti;
• može se ograničiti i ovim parametrom: prije kupovine novog RAM-a, pogledajte karakteristike matične ploče kako bi se uočile sve nijanse i računalo radilo;

1. Povećanje efikasnosti rada

Ponekad korisnik ima dovoljno instalirane RAM memorije, dok računar usporava i osoba odlučuje da kupi još RAM-a. U nekim slučajevima to možda uopće nije potrebno, možete samo optimizirati:

• pogledajte u upravitelju zadataka koliko je RAM opterećen, i ako ima dovoljno prostora za glavu, onda najvjerovatnije nije RAM i dodatna traka neće riješiti problem;

• ispraznite aplikacije koje se trenutno ne koriste, a također provjerite listu programa koji se nalaze u automatskom pokretanju. Ako sadrži takve aplikacije koje su prilično rijetke i definitivno nisu potrebne pri pokretanju računala, također ih uklonite sa ove liste;
• , jer se ponekad neki procesi mogu zamrznuti u RAM-u i zatrpati ga, što može dovesti do usporavanja i zamrzavanja.

Također možete pokušati overklokovati RAM. Ovo se može uraditi iz BIOS-a. Ali vrijedi zapamtiti da neke trgovine u takvim slučajevima mogu odbiti garantni servis(zamjena), a vijek trajanja će biti kraći nego bez izvođenja ove radnje.

Zorom računarska nauka dinamička memorija je radila prilično dobro na frekvenciji procesora. Moje prvo iskustvo sa računarom bilo je sa klonom računara ZX Spectrum. Procesor Z80 obrađivao je instrukcije u prosjeku 4 ciklusa po operaciji, dok su dva ciklusa korištena za regeneraciju dinamičke memorije, što nam daje na frekvenciji od 3,5 MHz, ne više od 875.000 operacija u sekundi.

Međutim, nakon nekog vremena, frekvencije procesora su dostigle nivo da dinamička memorija više nije mogla da se nosi sa opterećenjem. Da bi se to nadoknadilo, uvedena je srednja veza u obliku keš memorije, koja je omogućila da se izgladi razlika u brzini procesora i glavne memorije zbog operacija izvršenih na maloj količini podataka.

Pogledajmo šta je sada RAM računara i šta se sa njim može učiniti da se poveća brzina računarskog sistema.

Ukratko o statičkoj i dinamičkoj memoriji

Memorija je izgrađena u obliku tabele koja se sastoji od redova i kolona. U svakoj ćeliji tabele nalazi se informacioni bit (mi raspravljamo o poluvodičkoj memoriji, međutim, mnoge druge implementacije su zasnovane na istom principu). Svaka takva tabela se zove "banka". Čip/modul može da primi nekoliko banaka. Skup memorijskih modula se projektuje u linearni adresni prostor procesora u zavisnosti od kapaciteta pojedinih elemenata.

Statička memorijska ćelija je izgrađena na osnovu okidača, koji je obično u jednom od stabilnih stanja "A" ili "B" (A =! B). Minimalni broj tranzistora za jednu ćeliju je 6 komada, dok složenost trasiranja u ćelijama očigledno ne dozvoljava izradu statičkih memorijskih modula od 1 gigabajta, po cijeni konvencionalnog modula od 8 gigabajta.

Inače, princip rada je identičan i glasi:

Početno dohvaćanje memorijskog niza rezultira time da se pristup svim njegovim sadržajima stavlja u niz međuspremnika s kojim dalji rad, ili dolazi do multipleksiranja pristupa stupcu (stari, spor pristup);
- traženi podaci se prenose na host (obično CPU), ili se navedene ćelije modificiraju tokom operacije pisanja (postoji mala razlika, za statičku memoriju moguće je direktno modificirati ćeliju odabranog reda, za dinamičku memorije se mijenja niz bafera, a tek tada se mijenja pisati natrag sadržaj cijele linije u posebnoj petlji);
- zatvaranje i mijenjanje memorijske linije je također različito za drugačiji tip memoriju, za statičku memoriju moguće je momentalno promijeniti liniju ako se podaci nisu promijenili, za dinamičku memoriju je potrebno upisati sadržaj linije bafera na svoje mjesto, pa tek onda možete odabrati drugu liniju.

Ako je u ranim danima računarstva svaka operacija čitanja ili pisanja završila punim memorijskim ciklusom:

Izbor reda;
- rad čitanja/pisanja iz ćelije;
- promjena/ponovni odabir linije.

Savremeni rad sa mikro krugovima "sinhrone memorije a la DDRX" je sljedeći:

Izbor reda;
- operacije čitanja/pisanja ćelija reda u grupama od 4-8 bita/reči (dozvoljen je višestruki pristup unutar jednog reda);
- zatvaranje reda sa evidentiranjem informacija na mjestu;
- promjena/ponovni odabir linije.

Ovo rješenje je uštedjelo vrijeme pristupa podacima kada je nakon očitavanja vrijednosti iz ćelije "1" potrebno pristupiti ćelijama "2, 3, 4, ili 7" koje se nalaze u istom redu, ili je potrebno odmah nakon operacije čitanja da vratite promijenjenu vrijednost.

Saznajte više o radu dinamičke memorije u savezu sa keš memorijom

Memorijski kontroler (u čipsetu ili ugrađen u procesor) postavlja adresu bloka i broj linije (viši dio adrese bloka) memorijskom čipu/modulu. Odabire se odgovarajući blok (rad unutar jednog bloka će se dalje razmatrati) i rezultirajući "binarni broj" se dekodira u pozicijski adresa linije, nakon čega se informacija prenosi u bafer iz kojeg se naknadno pristupa podacima. Vrijeme u ciklusima potrebno za ovu operaciju naziva se tRCD i prikazuje se na dijagramima "9-9-9 / 9-9-9-27" na drugom mjestu.

Nakon što je linija aktivirana, možete se obratiti na "kolone" za ovo, memorijski kontroler prenosi adresu ćelije u liniji, a nakon "CL" vremena (označeno u gore navedenoj shemi "x-x-x" na 1 mjestu ), podaci se počinju prenositi od memorijskog čipa do procesora (zašto plural? jer keš interveniše ovde) kao paket od 4-8 bita (za jedan čip) u keš liniju (veličina zavisi od procesora, tipična vrednost je 64 bajta - 8 reči od 64 bita, ali druge vrednosti također su pronađeni). Nakon određenog broja ciklusa potrebnih za prijenos paketa podataka, možete generirati sljedeći zahtjev za čitanje podataka iz drugih ćelija odabranog reda ili izdati naredbu za zatvaranje reda, koja se izražava kao tRP naveden kao treći parametar iz "x-x-x-...". Prilikom zatvaranja linije, podaci iz bafera se upisuju nazad u liniju bloka, nakon završetka snimanja možete odabrati drugu liniju u ovom bloku. Pored ova tri parametra, postoji minimalno vrijeme tokom kojeg linija mora biti aktivna "tRAS", te minimalno vrijeme za puni ciklus rada sa linijom koja razdvaja dvije komande za aktiviranje linije (utiče na slučajni pristup).

grossws 19. april 2016. u 12:40

CL - CAS latencija, tRCD - RAS do CAS kašnjenje, tRP - prednapunjenost reda, CAS - strobe adrese kolone, RAS - strobe adrese reda.

Brzina poluvodičke tehnologije određena je kašnjenjima elemenata kola. Da biste dobili izlaz pouzdane informacije, potrebno je sačekati određeno vrijeme kako bi svi elementi zauzeli stabilno stanje. U zavisnosti od trenutna drzava memorijska banka mijenja vrijeme pristupa podacima, ali općenito se mogu okarakterizirati sljedeći prijelazi:

Ako blok miruje (br aktivna linija), kontroler izdaje naredbu za odabir linije, kao rezultat toga, binarni broj linije se pretvara u broj pozicije, a sadržaj linije se čita u vremenu "tRCD".

Nakon što je sadržaj reda pročitan u tampon zonu, moguće je izdati naredbu za odabir stupca, koja pretvara binarni broj kolone u pozicijski broj, u vremenu "CL", ali u zavisnosti od poravnanja niže adrese, redoslijed prijenosa bitova se može promijeniti.

Prije promjene/zatvaranja reda potrebno je upisati podatke na mjesto, jer je prilikom čitanja informacija zapravo uništena. Vrijeme potrebno za vraćanje informacija u liniju "tRP".

Prema punoj specifikaciji za dinamičku memoriju, postoji mnogo više vremenskih parametara koji određuju redoslijed i kašnjenja u promjeni kontrolnih signala. Jedan od njih je "tRCmin", koji definira minimalno vrijeme za kompletan ciklus reda, uključujući: odabir reda, pristup podacima i povratni zapis.

RAS signal određuje da li je vraćena adresa reda;
CAS signal određuje da li je vraćena adresa stupca.

Ako je ranije sva kontrola bila prebačena na stranu memorijskog kontrolera i kontrolisana ovim signalima, sada postoji komandni režim, kada se naredba izdaje modulu/mikrokrugu, a nakon nekog vremena vrijeme teče prijenos podataka. Za više detalja, bolje je upoznati se sa specifikacijom standarda, na primjer DDR4.

Ako govorimo o radu s dramom općenito, onda s masovnim čitanjem to obično izgleda ovako:

Otkrivena adresa linije,
postavite RAS (i ​​uklonili ga nakon otkucaja),
čekao tRCD,
postavite adresu kolone iz koje čitamo (i svaki sljedeći ciklus postavljamo sljedeći broj kolone),
izloženi CAS,
čekao CL, počeo čitati podatke,
uklonjen CAS, pročitajte ostatak podataka (još jedan CL ciklus).

Prilikom prelaska u sljedeći red vrši se predpunjenje (RAS + WE), očekuje se tRP, vrši se RAS sa fiksna adresa liniju, a zatim pročitajte kako je gore opisano.

Latencija čitanja nasumične ćelije prirodno slijedi iz gore navedenog: tRP + tRCD + CL.

To zapravo zavisi od prethodnog stanja "memorijske banke" kojoj se pristupa.

Treba imati na umu da DDR RAM ima dvije frekvencije:

Glavna frekvencija takta koja određuje brzinu prenosa komandi i vremena;
- efektivna frekvencija prenosa podataka (dvostruka taktna frekvencija, koja se koristi za označavanje memorijskih modula).

Integracija memorijskog kontrolera povećala je performanse memorijskog podsistema eliminacijom posredne veze za prijenos. Povećanje memorijskih kanala zahtijeva da aplikacija to uzme u obzir, na primjer, četverokanalni način rada s određenom lokacijom datoteke ne povećava performanse (12 i 14 konfiguracije).

Obrada jednog elementa povezane liste sa različitim koracima (1 korak = 16 bajtova)

Sada malo matematike

Procesor: Radne frekvencije procesora sada dostižu 5 GHz. Prema proizvođačima, rješenja kola (cjevovodi, predviđanja i drugi trikovi) omogućavaju vam da izvršite jednu instrukciju po ciklusu. Da zaokružimo proračune, uzmimo frekvenciju takta od 4 GHz, što će nam dati jednu operaciju za 0,25 ns.

RAM: uzmimo za primjer RAM novog DDR4-2133 formata s vremenom 15-15-15.

CPU
Fclock = 4 GHz
Ttact = 0,25 ns (u kombinaciji, vrijeme izvršenja jedne operacije je "uslovno")

RAM DDR4-2133
Fclock = 1066 MHz
Fpodaci = 2133 MHz
tciklus = 0,94 ns
tdate = 0,47 ns
SPDmax = 2133 MHz * 64 = 17064 MB/s (brzina podataka)
tRCmin = 50 ns (minimalno vrijeme između dva aktivacija reda)

Vrijeme prikupljanja podataka

Iz registara i keš memorije podaci se mogu dostaviti unutar radnog ciklusa (registri, L1 keš) ili sa kašnjenjem od nekoliko procesorskih ciklusa za L2 i L3 keš memorije.

Što se tiče RAM-a, situacija je gora:

Vrijeme odabira reda je: 15 clk * 0,94 ns = 14 ns
- vrijeme za primanje podataka iz naredbe za odabir stupca: 15 clk * 0,94 ns = 14 ns
- vrijeme zatvaranja linije: 15 clk * 0,94 ns = 14 ns (ko bi pomislio)

Iz čega slijedi da vrijeme između naredbe koja zahtijeva podatke iz memorijske ćelije (u slučaju da nisu ušle u keš memoriju) može varirati:

14 ns - podaci su u već odabranom redu;
28 ns - podaci su u neizabranom redu, pod uslovom da prethodni red već zatvoren (blok je u stanju mirovanja);
42-50 ns - podaci su u drugom redu, dok trenutna linija treba zatvoriti.

Broj operacija koje (gore naznačeni) procesor može izvršiti tokom ovog vremena kreće se od 56 (14 ns) do 200 (50 ns promjena linije). Odvojeno, treba napomenuti da se do vremena između komande za odabir kolone i prijema cijelog paketa podataka dodaje kašnjenje u učitavanju keš linije: 8 bitova paketa * 0,47 ns = 3,76 ns. Za situaciju u kojoj će podaci biti dostupni "programu" tek nakon učitavanja keš linije (ko zna šta i kako su programeri procesora tu zeznuli, memorija prema specifikaciji omogućava vam da unaprijed izdate potrebne podatke), mi dobiti do 15 propuštenih ciklusa.

U sklopu jednog rada proveo sam istraživanje brzine rada memorije, rezultati su pokazali da je moguće u potpunosti „iskoristiti“ memorijski propusni opseg samo u sekvencijalnim operacijama pristupa memoriji, u slučaju slučajni pristup vrijeme obrade se povećava (koristeći primjer povezane liste 32-bitnog pokazivača i tri dvostruke riječi, od kojih je jedna ažurirana) sa 4-10 (sekvencijalni pristup) na 60-120 ns (promjena linije), što daje razliku u brzini obrade od 12-15 jednom.

Brzina obrade

Za odabrani modul imamo vršnu propusnost od 17064 MB/s. Što za frekvenciju od 4 GHz omogućava obradu 32-bitnih riječi po taktu (17064 MB / 4000 MHz = 4.266 bajtova po taktu). Ovdje se primjenjuju sljedeća ograničenja:

Bez eksplicitnog planiranja učitavanja keš memorije, procesor će biti primoran da miruje (što je frekvencija veća, to jezgra više samo čeka podatke);
- u ciklusima "read modification write" brzina obrade je smanjena za polovinu;
- višejezgarni procesori dijele propusni opseg memorijske magistrale između jezgara, a za situaciju u kojoj postoje konkurentni zahtjevi (degenerirani slučaj), performanse memorije se mogu pogoršati za „200 puta (promjena linije) * X jezgri“.

Izračunajmo:

17064 MB/s / 8 jezgri = 2133 MB/s po jezgri u optimalnom slučaju.
17064 MB/s / (8 jezgara * 200 propuštenih operacija) = 10 MB/s po jezgri za degenerisani slučaj.

Prevedeno u operacije, dobijamo za 8 nuklearni procesor: od 15 do 400 operacija za obradu bajta podataka, ili od 60 do 1600 operacija/ciklusa za obradu 32-bitne riječi.

Malo sporo po mom mišljenju. U poređenju sa DDR3-1333 9-9-9 memorijom, gdje je vrijeme punog ciklusa otprilike 50 ns, ali su tajmingi drugačiji:

Vrijeme pristupa podacima je smanjeno na 13,5 ns (1,5 ns * 9 ciklusa);
- vrijeme prijenosa paketa od osam riječi je 6 ns (0,75 * 8 umjesto 3,75 ns) i slučajnim pristupom memoriji razlika u brzini prijenosa podataka praktično nestaje;
- Maksimalna brzina će biti 10 664 MB/s.

Nije otišlo predaleko. Situaciju malo spašava prisustvo "banki" u memorijskim modulima. Svaka “banka” je zasebna tablica memorije kojoj se može pristupiti zasebno, što omogućava promjenu reda u jednoj banci dok čitate/pišete podatke iz reda u drugu, smanjujući vrijeme mirovanja, omogućava vam da “popunite” sabirnica za razmjenu podataka do kapaciteta u optimiziranim situacijama.

Zapravo ovdje dolaze smiješne ideje

Memorijska tablica sadrži određeni broj kolona jednak 512, 1024, 2048 bita. Uzimajući u obzir vrijeme ciklusa aktivacije reda od 50 ns, dobijamo potencijalnu brzinu prijenosa podataka: "1/0.00000005 s * 512 stupaca * 64-bitna riječ = 81.920 MB/s" umjesto trenutnih 17.064 MB/s (163.840 i 327 MB/s, s za 1024 reda i 2048 stupaca). Kažete “samo 5 (4,8) puta brže” na šta ja odgovaram “ovo je kurs kada su svi konkurentni zahtjevi na istu banku memorije, a raspoloživa propusnost raste proporcionalno broju banaka i dužini red svake tabele (zahteva produženje operativna linija), što se zauzvrat uglavnom oslanja na brzinu magistrale za razmjenu podataka.

Promjena načina razmjene podataka će zahtijevati prijenos cjelokupnog sadržaja linije u keš memoriju niži nivo, za koji je potrebno podijeliti nivoe keša ne samo po brzini rada, već i po veličini keš linije. Na primjer, implementacijom "dužine" keš linije N-nivoa u (512 kolona * 64 veličine riječi) 32.768 bita, možemo povećati ukupan broj keš linija smanjenjem broja operacija poređenja i, shodno tome, povećati njegov maksimalna jačina zvuka. Ali ako napravimo paralelnu sabirnicu u kešu ove veličine, možemo dobiti smanjenje učestalosti rada, iz čega možemo primijeniti drugačiji pristup organizaciji keša, ako podijelimo navedenu "Jumbo" keš liniju na blokove duž dužine gornje linije keš memorije i razmjene sa malim porcijama, ovo vam omogućava da sačuvate učestalost rada tako što ćete podijeliti kašnjenje pristupa na faze: traženje keš linije i dohvaćanje željene "riječi" u pronađenoj liniji.

Što se tiče direktne razmjene između keša i glavne memorije: potrebno je prenijeti podatke brzinom pristupa redovima jedne banke, ili sa određenom marginom za distribuciju zahtjeva različitim bankama. Osim toga, postoji složenost s vremenom pristupa podacima koji se nalaze u različitim područjima linije, za serijski prijenos, pored početnog kašnjenja povezanog s odabirom linije, postoji kašnjenje prijenosa podataka ovisno o količini podaci "u paketu" i brzina prijenosa. Čak i "rambus" pristup možda neće moći podnijeti povećano opterećenje. Situacija se može spasiti prelaskom na serijsku sabirnicu (eventualno diferencijalnu), daljnjim smanjenjem širine podataka možemo povećati propusnost kanala, da biste smanjili vrijeme između prijenosa prvog i posljednjeg bita podataka, primijenite podjelu dalekovoda na nekoliko kanala. što bi omogućilo upotrebu manjeg frekvencija sata jedan kanal.

Procijenimo brzinu takvog kanala:

1/0.00000005 ns = 20 MHz (učestalost promjena linije unutar jednog bloka)
20 MHz * 32,768 bita = 655,360 Mbps
Za diferencijalni prenos sa istom veličinom sabirnice podataka dobijamo:
655 360 Mbps / 32 kanala = 20 480 Mbps po kanalu.

Takva brzina se čini prihvatljivom za električni signal (dostupno je 10 Gbps za signal sa ugrađenom sinhronizacijom na 15 metara, zašto se ne može savladati 20 Gbps sa eksternom sinhronizacijom na 1 metar), međutim, potrebno je dalje povećanje u brzina prijenosa kako bi se smanjilo kašnjenje prijenosa između prvog i posljednjeg bita informacije, možda će biti potrebno povećati propusni opseg, sa mogućom integracijom optičkog prijenosnog kanala, ali to je već pitanje za inžinjere strujnih kola, imam malo iskustva sa takvim frekvencijama.

a onda je Ostap patio

Promjena koncepta projektovanja keš memorije na glavnu memoriju na korištenje "glavne memorije kao srednje brzog blok memorije" omogućit će prebacivanje predviđanja učitavanja podataka sa sklopa kontrolera na algoritam za obradu (i ko bolje zna gdje pokvariće se nakon nekog vremena, očito ne memorijski kontroler), što će zauzvrat povećati količinu keš memorije eksternom nivou bez žrtvovanja performansi.

Idući dalje, može se dalje promijeniti koncept ciljanja arhitekture procesora sa "promjene konteksta aktuatora" na " radno okruženje programa". Takva promjena može značajno poboljšati sigurnost koda definiranjem programa kao skupa funkcija sa date bodove unos pojedinačnih procedura, raspoloživi region za postavljanje podataka za obradu i mogućnost hardverske kontrole nad mogućnošću pozivanja određene funkcije iz drugih procesa. Takva promjena će također omogućiti efikasnije korištenje procesora s više jezgara tako što će se riješiti prebacivanja konteksta za neke niti i koristiti zasebnu nit za obradu događaja unutar dostupnog “procesnog” okruženja, što će omogućiti efikasnije korištenje 100+ jezgara sistemi.

P.S.: Slučajna upotreba registrovanih žigova ili patenata je slučajna. Sve originalne ideje dostupne su za korištenje na ugovor o licenci"mravinjak".